专利名称：压缩机用中空状活塞制造方法及活塞制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如用于压缩机的中空状活塞的制造方法及活塞制造设备。
用于由活塞的往复运动驱动的压缩机中的活塞，其重量的减轻是一个重要的技术问题。尤其是在排量可变型旋转斜盘压缩机中，由活塞的往复运动产生的往复活塞惯性力对旋转斜盘的倾角(即，对排气容积的控制)影响极大。因此，为了改善对旋转斜盘倾角的控制，需要减小活塞重量以减小活塞惯性。
在这样的情况下，人们提出了各种意在减小旋转斜盘压缩机用活塞重量的活塞结构。例如，在日本公开特许公报第9-105380号和日本公开特许公报第11-107912号中，公开了一种单头活塞。该单头活塞在插入压缩机各气缸内的活塞内部有中空部分，并有联通开口，中空部分经联通开口与外部(例如曲轴箱)联通。通过采用这样的结构，实现了活塞重量的减轻，而整个活塞的机械结构强度无明显下降。活塞还设计成，润滑油(以及少量冷却气体)经中空部分和联通开口从气缸孔供应到曲轴箱中。
但该类型的活塞，有粘附到活塞中空部分的内周壁面上的油积聚并留在活塞内的问题。该积聚的油会不利地使活塞重量增加，这样中空部分不能充分起到其作用。
考虑到上述问题，创造了本发明。本发明的目的是为压缩机提供一种制造方法以及一种活塞制造设备，其中可以高效地制造活塞，该活塞在装到压缩机上后，能在使用中保持轻巧。
为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，在压缩机用活塞的制造方法中，通过将多个活塞部件焊接到一起制成中空活塞，包括放置在减压区中的工序其中通过对所述多个活塞部件进行装配，在内部为活塞组件提供中空部分，活塞组件放置在减压区中；在活塞组件的所有联接部分上采用电子束焊接工艺，使各所述活塞部分在减低的压力下制成一个整体，且中空部分制成密封的空间，其压力等于减压区中的压力。
根据本发明，由于活塞组件在减压区中用电子束焊接，在活塞组件中的中空部分(中空区间)密封，且包含一个等于减压区中压力的减低后压力。这意味着，通过在电子束焊接中采用压力减低的环境，使活塞的中空部分包含一个减低后的压力是可能的。此外，由于中空部分是密封的，所以润滑油不会渗入到中空部分中。因此，避免了在活塞内部分发生润滑油的积聚，且在其往复运动中活塞保持轻巧。此外，由于活塞的中空部分只包含少量空气，故可以抑制在活塞中空部分表面上由氧化带来的腐蚀。
本发明第二方面的活塞制造设备配备有电子束焊接装置，传送引导装置，密封装置，预抽真空装置。电子束焊装置，在焊接室保持低压的情况下用电子束焊接活塞组件的连接部分；传送引导装置，连接到电子束焊接装置上，并配备有传送引导件；夹具，有放置活塞组件的安置凹槽，夹具由传送引导装置放入电子束焊接装置的焊接室中；密封装置，当夹具放在电子束焊接装置焊接室中时，使安置凹槽与外部空气隔绝开，并分别界定各安置凹槽的密封空间；预抽真空装置，在夹具放入焊接室之前对封闭空间预先抽真空。
根据本发明，有活塞组件放置于其安置凹槽中的夹具，由传送引导装置送入焊接室中，且由密封装置界定的密封空间在夹具放入焊接室之前由预抽空装置进行预先抽真空。在减压区中电子束焊接装置用电子束来焊接活塞组件。
通过下述结合附图的对本发明优选实施例的描述，将会更全面地领会本发明。
在附图中
图1为在一实施例中活塞制造设备大概的截面图2为盒式夹具的斜视图；图3为活塞部件的正视图；图4为由卡盘夹紧的活塞组件的正视图；图5为切割分开后活塞组件的正视图；图6为排量可变型摆动旋转斜盘压缩机的横截面图。
以下将根据图1到图6对本发明的实施例进行描述。
如图6所示，排量可变型摆动旋转斜盘压缩机11包括主外罩，其中气缸体12，前罩13，阀门形成本体14及后罩15，用多个贯穿螺栓16整体连接和固定到一起。
在曲轴箱17中，驱动轴18由多个轴承19可转动地支承着。驱动轴18的顶端经诸如电磁离合器(未示出)之类的装置可操作地连接到诸如发动机(未示出)之类的驱动源上。
转动支承20经轴承21由前罩13的内表面支承，并同驱动轴18一起旋转。驱动轴18插入旋转斜盘22中并支承旋转斜盘22，旋转斜盘22也连接到转动支承20上，能与驱动轴18一起旋转，并移动以便相对驱动轴18改变其倾角。
单头活塞24安置在于圆周方向均匀间隔的贯穿气缸体12的气缸孔23中。活塞24内部有中空部分。活塞24的近端经靴25与旋转斜盘22相连，当旋转斜盘22的旋转运动转化成往复运动时，活塞24在轴向前后往复运动。
阀门形成本体14包括吸气阀板26，阀板27，排气阀板28，护圈板29。在阀门形成本体14上，在正对气缸孔23的两个位置上，形成有排气口30和吸气口31。
吸气室33和排气室34限定在后罩中，在其间有隔板32。在排气室34和外部之间联通的排气出口35形成于后罩15的圆周壁上。此外，在吸气室33和外部之间联通的吸气出口36形成于后罩15的端壁上。
布置在后罩15中的控制阀37插在供压通道38中，供压通道38在曲轴箱17和排气室34之间联通。减压通道(节流通道)39也在曲轴箱17和吸气室33之间联通。排量可变型压缩机11的排气容积，由于通过调节控制阀37的开度来控制曲轴箱17中的压力(曲轴压力)，故能够通过调节旋转斜盘22的倾角来控制。当曲轴压力增加，旋转斜盘22的倾角减小，由于活塞24冲程的减小而排气容积减小；反之，当曲轴压力下降，旋转斜盘的倾角增加，活塞24的冲程增加，故排气容积增加。
以下说明用于制造单头活塞的活塞制造设备。
图1为活塞制造设备40大概的示意图。如该图所示，活塞制造设备40配备有电子束焊接装置41和传送引导装置42。电子束焊接设备41配备有有电子枪43的主体44，界定于主体44内部的焊接室45，作为抽真空装置并与焊接室45相连的真空泵46。焊接室45为在其中进行电子束焊接的隔间，且其内部压力用真空泵46降低到极高的真空度，从而能够进行电子束焊接。电子枪43设计成能够根据焊接件(活塞组件51)改变枪口43a的方向。
传送引导装置42包括传送引导管47(以下简称引导管)，盒式夹具48，预抽真空泵49；引导管47连接到主体44上作为传送引导件，盒式夹具48插入到引导管47内部，预抽真空泵49作为预抽空装置连接到引导管47的传送通道上，从而与管内部联通。多个盒式夹具48装入引导管47中，并在其中由推进装置(未示出)从图中右边进口47a中推入，从左边出口47b推出。
如图2所示，盒式夹具48近似于圆柱体，并在其顶面中央形成有安置凹槽50。在焊接室45内焊接活塞组件51之前，安置凹槽50放置活塞组件51(参照图1)，或在活塞组件51被焊接之后，安置凹槽50放置活塞组件52(参照图1)。密封材料53附着在盒式夹具48的外圆周表面上，作为在安置凹槽50之前或之后(在传送方向上的前后)位置上的密封装置。贯穿凹槽50底部中心的通孔54形成于盒式夹具48的下部。在焊接室45装入导管47的情况下，密封材料53使各盒式夹具48的安置凹槽50形成独立的封闭空间59。
如图3所示，活塞组件51包括活塞体部分55和杯状部分56作为活塞部件。活塞组件51通过将两个杯状部分56连接到活塞体部分55的两侧来进行装配；活塞组件51为双体结构以便制成两个活塞，其中两个相对的单头活塞布置成同轴(两活塞头布置在最左侧和最右侧)，以便连成整体。
如图1中所示，引导管47有足够的长度以夹持住多个(在此例中为5个)盒式夹具48，且引导管47做成内径与盒式夹具48外周形状相对应的大致的圆柱形。引导管47配备有正好在电子束焊接装置41之下与焊接室45联通的开口57。装入引导管47中的五个盒式夹具48传送的方式为该五个盒式夹具由推动装置(未示出)以等于盒式夹具48长度的节距推进，从而中间盒式夹具(从进口数第三个)恰好位于焊接室45(在此中进行焊接)之下。在各盒式夹具48装入引导管47的情况下，由于安装在各盒式夹具48外圆周表面之前和之后两位置上的密封材料53，密封地连接到引导管47的内周表面上，故其安置凹槽50被界定成独立的封闭空间。
在其安置凹槽50中放置有活塞组件50的盒式夹具48，从引导管47的进口47a处开始传送。当盒式夹具48在到达恰好位于焊接室45之下的焊接工位之前的两个位置(从进口起第一和第二位置)时，在引导管47中的各封闭空间59设计成与预抽真空泵49相联通。在传送盒式夹具48的过程中，各封闭空间59由预抽真空泵49逐渐地预先抽真空，各封闭空间59的压力下降到，例如10-3-10-4托(约133×10-3-133×10-4帕斯卡)。
布置在焊接工位上的盒式夹具48的安置凹槽50，经引导管47的开口57与焊接室45联通；并与外部空气隔绝，以及与在该夹具之前及之后相邻位置上的其它盒式夹具48的封闭空间59隔绝，封闭空间59由连接到夹具外圆周面上的两密封材料53形成。真空泵46将焊接室45内的压力减小到近似真空的压力，例如10-4-10-5托(约133×10-4-133×10-5帕斯卡)。
对着放在焊接工位上的盒式夹具48的通孔54布置的，是配备有升高台62的升高装置63。当升高台62经通孔54向上移动，放置在安置凹槽50中的活塞组件在所述升高台的上表面上举起，直到焊接室45中的焊接位置，焊接后的活塞焊接体52再次放回到升高台62的上表面上，并通过下移升高台62将活塞焊接体52放置到安置凹槽50中。
在焊接室45中提供有一对卡盘64，通过卡紧在活塞组件51两侧的突起65(如图3所示)，卡盘64夹紧并保持住由升高台62举起的活塞组件51。该对卡盘64配备有由马达66驱动的机构，并绕联接两卡紧点的中心轴线同步旋转。活塞组件51的突起65位于杯状元件56的中心轴线上，且当一对卡盘64同步旋转时，活塞组件51绕作为旋转中心的中心轴线旋转。
电子枪43能够改变其枪口43a的方向，使电子束聚焦在由一对卡盘64夹住的活塞组件51的连接部分67的顶部。当电子束照射到连接部分67的顶部时，在连接部分67的圆周边上进行电子束焊接，且随着一对卡盘64的同步旋转运动，活塞组件51在圆周方向旋转。
用活塞制造设备40制造单头活塞34的一系列步骤将在下面进行描述。
如图1所示，由洗过的活塞体部分55和两个洗过的杯状部分56整体装配而成的活塞组件51(工件)，在进入引导管47之前，放置在盒式夹具48的安置凹槽50中。带有工件的盒式夹具48由推动装置依次推入到引导管47中。在传送过程的各止动位置上，放置有活塞组件51的盒式夹具48的封闭空间59，由预抽真空泵49预先抽真空。结果，盒式夹具48的封闭空间59的压力在其到达焊接工位前，通过预先抽真空降到，例如10-3-10-4托。
当盒式夹具48传送到焊接工位时，驱动升高装置63，升高台62从用实线表示的高度向上移动，将放置在安装凹槽50中的活塞组件51举起到卡盘64的高度。然后卡盘64卡紧活塞组件51两侧的突起65，并如图4所示夹紧和保持住活塞组件的两侧。同时，在焊接室45中的压力由真空泵46迅速减小到例如10-4-10-5托。组成活塞组件51的杯状部分56的内部，达到与焊接室45同样的真空度。
当焊接室45达到所要求的真空度时，如图4所示，由电子枪43来进行在活塞组件51上的电子束焊接。来自电子枪43的电子束照射到活塞组件51的连接部分67之一的顶部，且在照射时，活塞组件51随一对卡盘64的同步旋转运动而在圆周方向转动例如一圈或更多，从而连接部分67的整个圆周都得到了焊接。由于在活塞组件51上有两个连接位置，在改变电子枪43的枪口43a的方向后焊接继续进行。在电子束焊接之后，形成在活塞焊接体52中为密封空间的中空部分68(参照图1)，中空部分68的真空度与焊接室45的真空度相同。在电子束焊接过程中，如图1中所示，升高台62等候在用双点划线表示的位置。
在电子束焊接之后，活塞焊接体52(工件)放在台62上，当台62下移时，返回到盒式夹具48的安置凹槽50内，每当一个焊接循环完成之后，在引导管47中的盒式夹具48被传送一个节距的距离，放置有活塞焊接体52的盒式夹具48顺次从引导管47的出口47b中排出。然后活塞焊接体52从由引导管47的出口47b中排出的盒式夹具48中取出。
随后，对活塞焊接体52进行靴25正对着的球面连接部分69的机加工，突起65的切割加工，以及表面精加工。当这些工序完成之后，如图5所示，在活塞体部分55的中心将活塞焊接体52切割成两部分，这样由一件活塞焊接体52生产出两个单头活塞24。
在该实施例中可以预期获得以下效果。
(1)为了进行电子束焊接，焊接室45需要近似于真空(高真空度)。由于活塞组件51在近似真空中整个焊接，故活塞24的中空部分68近似于真空，且使有效地制造有含极少量空气(氧气)中空部分的活塞24成为可能。由于活塞有密封的中空部分24，故可以避免由于润滑油在中空部分中积聚而带来的活塞重量的增加问题，且在压缩机11的运行过程中活塞24保持轻巧。结果，控制旋转斜盘角度(即排气容积)的能力增强。此外，还可避免由在活塞中空部分中的氧化而带来的腐蚀。
(2)通过在盒式夹具48上安装密封材料53，当盒式夹具48到达焊接室45时，安置凹槽50能够形成与外界空气隔绝的密封空间。另一方面，于其中装有焊接前的活塞组件51的各封闭空间59，在传送过程中在各止动位置上预先抽真空，这样可以缩短在进行电子束焊接时抽真空所需的时间。此外，由于活塞组件51的将要焊接的连接部分67沿周向延伸，故只要卡盘64夹住的活塞组件51转一圈，连接部分67就能整个得到焊接。
(3)由于可以从一件活塞组件51中制造出两个单头活塞24，活塞24的生产力提高。此外，还提高了压缩机的生产力。再者，由于活塞组件51包括三个部分，即，一个活塞体部分55和两个杯状部分56，故只需焊接两个部分，这样可以减少焊接步骤的数量。
本发明的实施例不限于如上所述。例如，下述变化也是可能的。
-无需进行预先抽真空，在焊接中只用真空泵61来降低压力。
-盒式夹具48逐个传送，而非多个盒式夹具48连续传送。
-活塞部件不是包含一个活塞体部分55和两个杯状部分56，而是可以包含，例如两个柱状材料和四个覆盖柱状材料端部的盖。
-焊接方向不限于活塞组件51的圆周方向。例如，活塞组件可以包括在包含中心轴线的平面上分割开的两部分，这样可以焊接活塞组件分割表面的外圆周面。
-传送引导件不限于引导管47(圆柱形)。例如，可以采用一种传送引导件，其中覆盖盒式夹具48的安置凹槽50的半圆柱形上部引导件，以及覆盖通孔54的半圆柱形下部引导件，布置成彼此正对，且盒式夹具48在其中传送。
-电子枪43不限于能够改变枪口43a方向的类型。可以采用一种焊接方法，其中，例如，可以使用两只电子枪43，两个活塞组件51的连接部分67可以同时进行焊接。
-虽然在该实施例中由一件活塞组件51制成两个单头活塞24，但是还可以采用一次制造一个单头活塞24的活塞制造设备40。
-活塞制造设备40不只限于制造单头活塞24，还可制造诸如双头型之类的其它类型活塞。
-该例中的活塞制造设备40不只用于制造有密封中空部分的活塞，还可用于制造有开口与外部联通的中空活塞。
从上述实施例和其它例子中可以领会到的技术构思及其效果如下所述。
(1)本发明的第一方面包括切割工序，其中进行电子束焊接之后的活塞组件切割成两个单头活塞。在此情况下，由一个活塞组件制成两个单头活塞导致了活塞的生产力的提高。
(2)在本发明的第一方面，活塞组件有双体结构，其中两个单头活塞安排在同轴正对的方向上；活塞组件包括三个活塞部件，并在各带有中空部分的部件的圆周方向上有接合部分。在此情况下，由于焊接方向沿着圆周方向，故电子束焊接容易进行，只有两部分需要焊接，并可以由一个活塞组件制成两个单头活塞。
如上详述，根据本发明，可以高效地制造出一种在装到压缩机上之后在运行中保持轻巧的中空活塞。
虽然本发明参照选作示范用的特殊实施进行描述，显而易见的是，在该技术领域中的技术人员可以对其做许多更改而不脱离本发明基本的构思和范围。
权利要求
1．一种压缩机用活塞的制造方法，通过将多个活塞部件焊接到一起制成中空活塞，包括在减压区中放置的工序，其中通过对所述多个活塞部件进行装配，在内部为活塞组件提供中空部分，活塞组件放置在减压区中；电子束焊接工序，其中在活塞组件的所有联接部分上采用的电子束焊接，使各所述活塞部分在减低的压力下制成一个整体，且中空部分制成密封的空间，其压力等于减压区中的压力。
2．如权利要求1中所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于，在减压区中的放置工序还包括步骤使用有能够放置活塞组件的安置凹槽的夹具；夹具由传送引导件携带并放置到夹具的安置凹槽与电子束焊接装置的焊接室联通的位置上；提供密封装置以使与焊接室联通的安置凹槽与外部空气隔绝。
3．如权利要求2中所述的压缩机用活塞制造的方法，其特征在于电子束焊接装置配备有传送多个夹具的传送引导件；夹具的形状便于其插入到传送引导件中，夹具还配备有密封装置；当夹具插入传送引导件中时，籍助密封装置，安置凹槽形成独立的封闭空间；提供预抽真空装置，当夹具在传送过程中位于各止动位置上时，预抽真空装置有选择地对各夹具形成的封闭空间抽真空，直到夹具传送到与焊接室联通的位置上。
4．如权利要求1到3中任一项所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于所述活塞为用于排量可变型摆动旋转斜盘压缩机上的单头活塞。
5．如权利要求4中所述的压缩机用活塞的制造方法，其特征在于活塞组件有双体结构，其中两个单头活塞做成整体，并安排在同轴彼此正对的方向上。
6．一种活塞制造设备，包括电子束焊装置，在焊接室保持低压的情况下用电子束焊接活塞组件的连接部分；传送引导装置，连接到电子束焊接装置上，并配备有传送引导件；夹具，配备有放置活塞组件的安置凹槽，并由传送引导装置放入电子束焊接装置的焊接室中；密封装置，当夹具放在电子束焊接装置的焊接室中时，将安置凹槽与外部空气隔绝开，并界定所述各安置凹槽的封闭空间；预抽真空装置，在夹具放入焊接室之前对封闭空间预先抽真空。
全文摘要
提供一种制造压缩机用活塞的方法以及一种活塞制造设备,用这样的方法和设备可以制造出在安装到压缩机上后在运行中保持轻巧的中空状活塞。包括活塞体部分和杯状部分的活塞组件51放置在盒式夹具48的安置凹槽50中并被传送。当盒式夹具48恰好位于焊接室45之下时,安置凹槽50与焊接室45联通,并用密封材料53与外界空气隔绝。在焊接室45中的压力用真空泵46降低到近似于真空,在近似于真空的环境中对活塞组件51的连接部分67进行电子束焊接。在电子束焊接之后,在活塞组件中的中空部分68密封,并包含近乎真空的环境。
文档编号F04B39/00GK1298063SQ0013507
公开日2001年6月6日 申请日期2000年12月1日 优先权日1999年12月1日
发明者加藤崇行, 杉冈隆弘 申请人:株式会社丰田自动织机制作所